Фильтрованием называется процесс прохождения осветляемой воды через слой фильтрующего материала. Фильтрование применяют для осветления воды, то есть для задержания находящихся в воде взвешенных веществ. Фильтрующий материал должен представлять собой пористую среду с весьма малыми порами. В обычных фильтрах вода подается сверху и отводится снизу – через дренажное устройство, а промывка фильтра производится обратным током воды.
При промывке наиболее часто используемых промышленных фильтров с крупными и мелкими зёрнами фильтрующего материала происходят следующее процессы. Восходящие токи промывной воды взмучивают фильтрующий материал, и объём его увеличивается; это увеличение объёма называют расширением фильтрующей загрузки. В восходящем потоке воды мелкие и легкие зёрна фильтрующей загрузки оказываются выше более крупных и тяжелых. После прекращения процесса промывки фильтрующий материал оседает. Причём более крупные частицы оседают быстрее, а наиболее мелкие наоборот медленнее. Таким образом, происходит сортировка частиц фильтрующей загрузки по фракциям. Наиболее мелкие фракции скапливаются в верхней части фильтрующей загрузки. А так как вода на фильтрацию подается сверху вниз, то соответственно на мелкозернистую фракцию попадают самые крупные частицы загрязнений и задерживаются на ней. Те мелкодисперсные загрязнения, которым удалось проникнуть сквозь мелкозернистый верхний слой, уже не задерживаются в нижних крупнозернистых слоях загрузки и свободно проходят сквозь них.
После промывки фильтра вода, фильтруемая сверху вниз, отлагает загрязнения главным образом в верхнем наиболее мелкозернистом слое фильтрующей загрузки. Вследствие этого грязеёмкость остальной части фильтрующего материала остается неиспользованной. В этих условиях верхние его слои быстро загрязняются, потери напора быстро возрастают, вследствие чего период полезной работы между промывками фильтра оказывается незначительным (Абрамов Н.Н. ВОДОСНАБЖЕНИЕ. Учебник для вузов. – 3-е издание, перераб. и доп. – Москва, Стройиздат, 1982 г. Параграф 101, стр. 277).
Таким образом, для удаления из обрабатываемой воды тех загрязнений, которые прошли через фильтры первой ступени фильтрации, в некоторых случаях приходиться устанавливать дополнительные фильтры второй ступени, что свидетельствует о низкой эффективности подобных фильтров и значительно увеличивает капитальные затраты на систему водоподготовки.
Задача изобретения заключается в изготовлении в производственных условиях двухкомпонентного фильтрующего материала (ДФМ) с последующей расфасовкой его в единую тару, в которой он поступает конечному потребителю для последующего использования в качестве загрузки фильтров.
Технический результат данного изобретения в повышении эффективности мероприятий по очистке воды за счет получения двух последовательных ступеней мелкозернистого фильтрования. При этом ДФМ (двухкомпонентный фильтрующий материал) изготавливается в производственных условиях путем смешения двух мелкозернистых материалов (например, кварцевого песка и силикатного стекла) с последующей упаковкой полученного двухкомпонентного фильтрующего материала в общую тару. В этой таре в неизменном виде он поступает конечному потребителю, который осуществляет его загрузку в фильтры для очистки воды путем простого насыпания.
Гранулометрический состав фильтрующего материала подразумевает такие показатели как (СП 31.13330.2012 «Свод правил. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения»):
- минимальный и максимальный диаметр зёрен;
- коэффициент неоднородности;
- эквивалентный диаметр зёрен.
Эти характеристики должны соответствовать требованиям соответствующих нормативных документов (СП 31.13330.2012, DIN 12904:2005 и др.).
Одинаковый гранулометрический состав означает, что ДФМ содержит два мелкозернистых материала, имеющих такие одинаковые характеристики, то есть находящиеся в пределах согласно нормативам, как: минимальная и максимальная крупность зерен по диаметру, коэффициент неоднородности, эквивалентный диаметр зерен.
ДФМ изготавливается смешением природного кварцевого песка и дробленого силикатного стекла. Главной составной частью этих материалов является диоксид кремния. За счет более низкого содержания диоксида кремния насыпная масса дробленого силикатного стекла на 15 – 25% меньше, чем насыпная масса кварцевого песка того же гранулометрического состава. После изготовления ДФМ упаковывают в единую тару и поставляют потребителю, который просто засыпает его в фильтр без разделения на слои и проводит 3-х кратную обратную промывку фильтра обратным током воды. В процессе промывки фильтра, загруженного таким ДФМ, зерна более тяжёлого кварцевого песка будут располагаться в восходящих токах воды ниже зёрен более легкого силикатного стекла той же крупности, что и песок, и на одном уровне с более крупными зернами силикатного стекла. После окончания промывки мелкозернистые частицы кварцевого песка будут опускаться вниз со скоростью более крупных зёрен силикатного стекла. Таким образом, мелкие зёрна материала с большим насыпным весом (кварцевый песок) распределятся между более крупными зернами материала с меньшим насыпным весом (силикатное стекло) и создадут второй мелкозернистый слой, расположенный в толще фильтрующей загрузки ниже верхнего мелкозернистого слоя. В результате в фильтрующей загрузке после нескольких промывок образуется вторая ступень фильтрации на мелкозернистом слое, расположенная ниже первой – верхней ступени фильтрации. Таким образом, ДФМ формирует в одном фильтре две последовательные ступени мелкозернистого фильтрования.
Применение ДФМ позволит интенсифицировать процесс фильтрования и значительно улучшить качество фильтрата во всех отраслях, где используются процессы фильтрации: очистка питьевой воды, очистка воды бассейнов и аквапарков, доочистка канализационных стоков, водоподготовка в пищевой промышленности и т.п. При этом не требуется замена фильтровального оборудования или увеличение количества фильтров. Достаточно перегрузить фильтры и заменить старый фильтрующий материал новым – двухкомпонентным. Таким образом, решение проблемы с качеством воды достигается без реконструкции водоочистных сооружений и с минимальными затратами. Также применение ДФМ позволит в случае необходимости увеличить производительность очистных сооружений без значительных капитальных затрат за счет увеличения скоростей фильтрования.
Автор: Е.Э. Пен
Двухкомпонентный фильтрующий материал DFM AM Pen Pro (мешок 24 кг)
